貴州荔波森林景觀格局現(xiàn)狀與分析*

姚際托，陳 陽，肖玖軍▲，謝元貴，謝 剛，金 桃，張藍(lán)月

(1荔波縣林業(yè)局，貴州 都勻 550100；2貴州省山地資源研究所，貴州 貴陽 550001；3貴州科學(xué)院，貴州 貴陽 550001)

森林景觀格局是自然因子和人為因子共同作用下森林景觀異質(zhì)性在空間上的綜合表現(xiàn)，也是各種生態(tài)過程在不同尺度上相互作用的結(jié)果[1]。目前森林景觀格局的研究是熱點(diǎn)，如王健銘等基于森林二類資源調(diào)查要素分析方法進(jìn)行長白山北部的森林景觀特征分析[2]，唐利等利用遙感和地理信息系統(tǒng)技術(shù)研究三峽庫區(qū)森林的景觀格局動(dòng)態(tài)特征并分析驅(qū)動(dòng)因素[3]，任煜堃基于空間點(diǎn)格局分析了湖南望云山森林公園林地景觀空間格局[4]。荔波縣是中國典型的南方喀斯特地區(qū)，境內(nèi)有國家級茂蘭自然保護(hù)區(qū)和樟江國家級風(fēng)景名勝區(qū)，森林資源對于荔波縣的發(fā)展有著重要意義，本文研究荔波縣的森林景觀格局，旨在為荔波縣的森林保護(hù)與規(guī)劃提供一些參考。

1 研究區(qū)概況

荔波地處貴州廣西兩省區(qū)的交界處，位于東經(jīng)107°37′至108°18′，北緯25°7′至25°9′之間，境內(nèi)既有高山，也有丘陵，屬于喀斯特地形地貌。境內(nèi)有樟江國家級風(fēng)景名勝區(qū)和國家級茂蘭自然保護(hù)區(qū)。荔波縣屬于中亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候區(qū)，氣溫分布的總趨勢是南高北低，河谷地帶比同高度的山地，東西向槽谷比南北向槽谷，南坡比北坡，封閉型谷盆地比同高坡地氣溫高。全縣年平均氣溫18.3 ℃，7月平均氣溫為27.0 ℃以下，1月平均氣溫各地均在5.5 ℃以上，極端最高氣溫不超過40.0 ℃；極端最低氣溫不低于-10.0 ℃，荔波縣內(nèi)無霜期在270天以上。降水主要集中在夏季，6-8月各月雨量在2000 mm以上，占全年總雨量的50%左右，常年于4月下旬進(jìn)入雨季，4-10月份水量占全年總降水量的81%，10月份以后，海洋季風(fēng)減弱，逐漸為南下的大陸季風(fēng)取代，降水量顯著減少。荔波境內(nèi)河流均屬龍江水系歸珠江流域。全縣較大的河流水系有：打狗河水系(包括樟江干流和方村河支流)、三岔河水系和甲料河水系，這3條水系在縣內(nèi)流域面積為2375.1平方千米。全縣集雨面積大于20 km2，或河道長于10 km的河流共30條?？h內(nèi)河道總長1048 km，其中各河流主河道長483.95 km，河網(wǎng)密度0.47 km/km2?？h境內(nèi)大部分地區(qū)都有煤系地層和煤層分布。荔波縣境內(nèi)植被資源豐富，分布有杉木(Cunninghamia lanceolata)、南方紅豆杉(Taxus chinensis)、香樟(Cinnamomum camphora)、細(xì)葉香桂(Cinnamomum subavenium)、青岡櫟(Cyclobalanopsis glauca)、香椿(Toona sinensis)、厚樸(Magnolia officinalis)、梧桐(Firmiana platanifolia)、馬桑(Coriaria nepalensis)、泡竹(Pseudostachyum polymorphum)等。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源與處理方法

本文以2017年荔波縣林地變更數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。運(yùn)用Arcgis10.2，對林地變更矢量圖層的相同屬性小班進(jìn)行融合，對融合后的小班進(jìn)行拆分；按土地利用類型將景觀格局分為Ⅰ級，按優(yōu)勢樹種組將景觀格局分為Ⅱ級(表1)；根據(jù)分類標(biāo)準(zhǔn)，合并單元斑塊后再拆分，建立研究區(qū)森林景觀類型斑塊圖及屬性數(shù)據(jù)庫；轉(zhuǎn)化為柵格圖；使用景觀分析軟件Fragstats計(jì)算景觀格局指數(shù)。

表1 景觀分類體系

2.2 景觀空間格局指數(shù)

景觀指數(shù)是指能夠高度濃縮景觀格局信息，反映其結(jié)構(gòu)組成和空間配置某些方面特征的簡單定量指標(biāo)。根據(jù)研究目的，將林地變更矢量圖轉(zhuǎn)換成柵格格式后，利用Fragstats軟件，選取常見的特征指標(biāo)(表2)，從景觀水平和斑塊水平計(jì)算景觀格局指數(shù)，分析景觀空間格局特征和異質(zhì)性[5-7]。

表2 景觀格局指數(shù)算式及生態(tài)學(xué)意義

續(xù)表2

景觀指數(shù)計(jì)算公式平均最近距離ENNENNi=∑nj=1hijni散布與并列IJIIJIi=-∑mi=1∑mk=i+1eikElneikE ×100ln0.5m(m-1)聚集度AIAIi=2lnn+∑ni=1∑nj=1Pijln(Pij)蔓延度CONTAGCONTAG=∑mi=1∑nj=1Pi-gij/∑nj=1gij ln Pi-gij/∑nj=1gij /2lnm+1 ×100

注：i表示景觀要素的種類；j表示盡管要素的斑塊序號；aij表示第i類景觀要素第j個(gè)斑塊的面積；Pij表示第i類景觀要素第j個(gè)斑塊的周長；hij表示斑塊i到j(luò)之間最近的同類型斑塊的距離；ni表示第i種景觀要素斑塊數(shù)目；ai表示第i種景觀要素的總面積；Pi表示第i種景觀要素的總周長，A表示景觀總體面積。

3 結(jié)果與分析

3.1 總體景觀格局分析

從研究區(qū)的土地利用類型的景觀結(jié)構(gòu)特征分析，研究區(qū)林地類型面積占研究區(qū)總面積的82.04%，該研究區(qū)植被生長良好，覆蓋率高，植被主導(dǎo)著景觀整體的結(jié)構(gòu)、功能和動(dòng)態(tài)過程。有林地面積149836.68 hm2，景觀面積比為62.04%。研究區(qū)以有林地、未成林造林地、疏林地組成的森林景觀為基質(zhì)，景觀面積為79.24%，在研究區(qū)景觀中發(fā)揮控制作用。灌木林地和無立木林地等面積很小。

圖1和表3結(jié)合來看，有林地和疏林地連接性的最好的，鑲嵌分布形成比較明顯的景觀基質(zhì)。研究區(qū)宜林地、灌木林地、農(nóng)地景觀面積相對較小，景觀斑塊數(shù)相對較大，景觀破碎化程度比較高。有林地主要分布在南部和東部地區(qū)，而農(nóng)地和其他用地主要分布在西北部和中部地區(qū)，這和荔波縣的發(fā)展現(xiàn)狀相契合，因南部和東部地區(qū)分布著自然保護(hù)區(qū)和風(fēng)景名勝區(qū)，西北部和中部地區(qū)是全縣的農(nóng)業(yè)中心。其他用地連接著農(nóng)地，這與當(dāng)?shù)刈舴N植活動(dòng)和城鎮(zhèn)化發(fā)展是密切相關(guān)的。

圖1 土地利用分類圖Fig.1 Land use classification map

表3 土地利用類型的景觀結(jié)構(gòu)統(tǒng)計(jì)

景觀水平上的多樣性指數(shù)能夠反映景觀異質(zhì)性，特別對各景觀類型的非均衡分布狀況較敏感。在一個(gè)景觀類型系統(tǒng)中，土地利用越豐富，破碎化程度越高，SHDI值也就相應(yīng)越高，均勻度指數(shù)反映了景觀受到一種或少數(shù)幾種優(yōu)勢度斑塊類型的支配，與優(yōu)勢度指標(biāo)可以相互轉(zhuǎn)換，即SHEI值相對較小的時(shí)候，優(yōu)勢度一般相對較高[6]。蔓延度指數(shù)CONTAG指標(biāo)描述的是景觀里不同斑塊類型的團(tuán)聚程度或延展趨勢。高蔓延度值說明景觀中的某種優(yōu)勢斑塊類型形成了良好的連接性；反之則表明景觀是具有多種要素的密集格局，景觀的破碎化程度較高[7]。從表4可以看出，荔波縣的景觀格局優(yōu)勢度明顯，蔓延度指數(shù)處于中間狀態(tài)，連接狀態(tài)一般。

表4 景觀水平上的特征值

3.2 森林景觀格局分析

3.2.1 森林景觀組成分析

研究區(qū)有林地中針葉樹種、軟闊樹種和硬闊樹種所占景觀面積均超過15%，三者合計(jì)超過研究區(qū)景觀面積的50%，構(gòu)成了研究區(qū)的景觀基質(zhì)；其次是灌木林樹種和闊葉混交樹種組，景觀面積均超過5%；果樹類、桉類等優(yōu)勢樹種組景觀面積較小，均小于5%。

從圖2和表5中結(jié)合來看，闊葉混交樹種組景觀面積為19016.10 hm2，景觀面積占比為7.87%，景觀斑塊數(shù)為313，斑塊數(shù)占比為1.38%，分布集中連片，且大多分布在南部地區(qū)，與茂蘭國家級自然保護(hù)區(qū)范圍大多有重合。針葉樹種景觀面積大、斑塊數(shù)也多，斑塊呈破碎化分布；軟闊樹種和硬闊樹種景觀面積大，斑塊數(shù)相對多，斑塊呈相對集中連片分布；灌木林樹種也是呈相對集中連片分布；果樹類、桉樹類等景觀面積小，斑塊數(shù)相對較多，呈破碎化分布。

圖2 優(yōu)勢樹種分布圖Fig.2 Distribution of dominant tree species

表5優(yōu)勢樹種類型組成

Tab.5Typesofdominanttreespecies

Ⅱ級景觀類型CA/hm2PLAND/%NP斑塊數(shù)比率/%軟闊樹種47647.4419.73263411.61針葉樹種51221.8821.21489721.58非林地50065.9220.73759633.48硬闊樹種42436.7117.57238710.52灌木林樹種23606.829.77290612.81食用原料類1184.850.49830.37桉類1564.110.652971.31竹類933.750.397083.12林化工工業(yè)原料類174.420.07410.18果樹類3595.051.498013.53闊葉混交樹種組19016.17.873131.38針葉混交樹種組50.940.02100.04藥材類24.30.01170.07

3.2.2 森林景觀斑塊特征分析

從斑塊大小來看，平均面積斑塊大小指數(shù)(MpS)代表了斑塊的大小。從表6可知，闊葉混交樹種的斑塊平均面積最大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他景觀類型，硬闊樹種、軟闊樹種、食用原料類的斑塊平均面積相對較大。而竹類、藥材類的斑塊平均面積很小，MpS能夠反映景觀破碎化程度，表明這些景觀類型的空間異質(zhì)性大，破碎化程度相對較高。

從斑塊形狀來看，面積加權(quán)平均形狀指數(shù)(AWMSI)和面積加權(quán)的斑塊平均分形指數(shù)(AWMPFD)代表了斑塊的空間形狀復(fù)雜性，值越大，代表斑塊形狀越復(fù)雜。從表6可知，闊葉混交樹種組和軟闊樹種的值最大，說明其形狀越不規(guī)則，這是由于闊葉混交林和軟闊樹種多為天然林，人為干擾少。

3.2.3 森林景觀異質(zhì)性分析

景觀要素邊緣密度(ED)是指研究對象單位面積上某類景觀要素斑塊與其相鄰異質(zhì)斑塊之間的邊緣長度，反映景觀中異質(zhì)性斑塊之間物質(zhì)、能量和信息交換的潛力機(jī)器相互影響的強(qiáng)度。針葉樹種、軟闊樹種、硬闊樹種、灌木林樹種的景觀要素邊緣密度大，景觀異質(zhì)性較強(qiáng)，也反映了針葉樹種與其他景觀類型之間和自身景觀內(nèi)部的物質(zhì)交換強(qiáng)烈，鑲嵌度高。

景觀斑塊密度(PD)反映景觀整體斑塊分化程度，斑塊密度越高，表明一定面積上異質(zhì)景觀要素斑塊數(shù)量多，斑塊規(guī)模小，景觀異質(zhì)性高。研究區(qū)斑塊密度最大的是針葉樹種，針葉樹種的景觀異質(zhì)性較強(qiáng)，斑塊的破碎度較高，是由于針葉樹種多為人工林，人工林樹種零星地分布在景觀中，斑塊多而分散。

3.2.4 森林景觀空間性分析

聚集度(AI)反映斑塊的聚散性，斑塊要素在其分布區(qū)內(nèi)越叢生，越聚集，則斑塊的結(jié)合度越大。從表6可知，景觀類型的聚集度除了藥材類為68.05外，其余都大于80，說明各優(yōu)勢樹種景觀類型連接性好。

景觀要素空間相互關(guān)系包括同質(zhì)景觀要素和異質(zhì)景觀要素之間的空間關(guān)系，同質(zhì)景觀要素間的空間關(guān)系指的是某一類景觀要素內(nèi)部斑塊之間或者同類景觀要素的不同結(jié)構(gòu)成分之間的空間關(guān)系，可用平均最小距離(ENN)來表征[8]。從表6可知，針葉林的平均最小距離(ENN)最小，為113.05，這與針葉林多為人工林，多是鑲嵌分布在其他景觀類型中有關(guān)。藥材類的平均最小距離(ENN)最大，為5745.24，這與藥材種植面積少，斑塊數(shù)量少有關(guān)。

異質(zhì)景觀要素間的空間關(guān)系是指景觀中不同屬性的景觀要素的結(jié)構(gòu)成分之間的空間關(guān)系，可用空間散布與并列指數(shù)(IJI)來表征，說明景觀要素斑塊動(dòng)態(tài)演替或擴(kuò)展?jié)摿8]。從表6可知，針葉混交樹種組的散布與并列指數(shù)(IJI)最大，說明針葉混交樹種組鄰接分布復(fù)雜，相鄰類型多，這與其面積小，斑塊數(shù)小有關(guān)，散布于其他景觀類型中有關(guān)。

表6 優(yōu)勢樹種景觀斑塊大小、形狀特征值

4 討論與結(jié)論

本研究以荔波縣2017年林地變更數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用了土地利用類型和優(yōu)勢樹種組2級景觀要素劃分模式，使用了景觀指數(shù)從荔波縣森林景觀的組成、斑塊特征、異質(zhì)性、空間分布特征等方面對荔波縣的森林景觀格局進(jìn)行了分析。

研究區(qū)荔波縣的有林地景觀具有絕對的優(yōu)勢地位，景觀斑塊面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他景觀的斑塊面積，有林地中針葉樹種、軟闊樹種和硬闊樹種所占景觀面積合計(jì)超過研究區(qū)景觀面積的50%，構(gòu)成了研究區(qū)的景觀基質(zhì)。

荔波縣闊葉混交樹種組和軟闊樹種的斑塊平均面積、形狀指數(shù)、形狀分形指數(shù)比其他景觀類型的大，說明荔波縣的闊葉混交樹種組和軟闊樹種在森林中具有主導(dǎo)地位。這與荔波縣建立自然保護(hù)區(qū)和風(fēng)景名勝區(qū)，對天然植被生長和更新得以保護(hù)有很大的關(guān)系。

荔波縣針葉樹種、軟闊樹種、硬闊樹種、灌木林樹種的景觀要素邊緣密度大，景觀異質(zhì)性較強(qiáng)，也反映了針葉樹種與其他景觀類型之間和自身景觀內(nèi)部的物質(zhì)交換強(qiáng)烈，鑲嵌度高。這與針葉樹種多為人工種植，人工種植的斑塊多與其他類型斑塊鑲嵌，易發(fā)現(xiàn)物質(zhì)交換。

荔波縣生態(tài)區(qū)位重要，森林應(yīng)以防護(hù)林為主。建議保持現(xiàn)有的森林景觀規(guī)模，研究制定更科學(xué)合理的生態(tài)功能區(qū)方案；從空間上規(guī)劃和營造與其環(huán)境相適宜的生態(tài)型森林，發(fā)揮森林的生態(tài)服務(wù)功能；增加珍貴樹種和風(fēng)景園林樹種的配置，發(fā)展森林旅游產(chǎn)業(yè)。